磁敏感加權成像對腦腫瘤診斷價值初探

沈俊林，張 輝，劉起旺，楊曉棠，錢麗霞，張鎖旺，梁 力，王 樂

磁敏感加權成像(susceptibility weighted imaging, SWI)是一種全新的、反映組織間磁敏感差異對比的成像技術，具有三維、高分辨率、高信噪比的特點。所形成的影像對比有別于傳統(tǒng)的T1WI(T1-weighted imaging)、T2WI(T2-weighted imaging)、PDWI(proton density weighted imaging)及DWI(diffusion weighted imaging)成像，可以充分顯示組織之間內在磁敏感特性的差別。鑒于SWI在顯示靜脈結構、血液代謝產(chǎn)物、鐵質沉積等方面十分敏感，使其腦腫瘤、腦血管病、腦外傷、神經(jīng)變性病等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中有廣闊的臨床應用前景。筆者通過對41例腦腫瘤的SWI研究，并與常規(guī)MRI序列對比，初步探討SWI技術在腦腫瘤診斷方面的應用價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

搜集2009年3月至2009年10月本院腦腫瘤病例41例，男23例，女18例，年齡15～59歲，平均34.5歲，臨床表現(xiàn)為頭痛、嘔吐、癲癇發(fā)作和局灶性神經(jīng)缺失癥狀，除4例腦轉移瘤患者為臨床證實外，其余病例均經(jīng)手術病理證實。參照世界衛(wèi)生組織(WHO)2007年中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類標準，本組中腦膜瘤15例，包括2例術后復發(fā)者；低級別星形細胞瘤(Ⅱ級)5例，間變型星形細胞瘤(Ⅲ級)9例及膠質母細胞瘤(Ⅳ)6例(1例術后復發(fā)者)；腦轉移瘤6例。

1.2 MRI設備及檢查方法

采用SIEMENS Magnetom Avanto 1.5 T磁共振成像系統(tǒng)，仰臥位，頭頸聯(lián)合8通道頭顱相控陣線圈。常規(guī)橫斷位(T1WI、T2WI)及橫斷位SWI檢查，30例同時行增強T1WI(CE-T1WI)及SWI(CESWI)。肘靜脈注射釓噴替酸葡甲胺(Gd-DTPA)，劑量0.1 mmol/kg。各序列掃描參數(shù)如下：①常規(guī)掃描：梯度回波(GRE)T1WI序列：TR 195 ms, TE 4.76 ms，翻轉角70°，F(xiàn)OV 230 mm×187 mm，矩陣256×256，激勵次數(shù)1，層厚6 mm，間隔1.2 mm；快速自旋回波(TSE)T2WI 序列：TR 4000 ms, TE 98 ms，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，矩陣320×299，激勵次數(shù)2，層厚6 mm，間隔1.2 mm。②SWI序列：高分辨率3D擾相位梯度回波序列(3D-FLASH)，TR 49 ms，TE 40 ms，翻轉角15°，F(xiàn)OV 230×201，矩陣256×202，激勵次數(shù)1，層厚2 mm；通過機器的SWI后處理軟件自動得到校正的相位圖和強度圖，采用SIEMENS Leonard工作站3D-MIP軟件進行最小密度投影得到mIP圖，相關參數(shù)為層間距1.2 mm，層厚6 mm。

1.3 圖像分析方法

由2名高級職稱醫(yī)師觀察描述腦腫瘤SWI表現(xiàn)，并對SWI的強度圖、校正后相位圖及mIP圖結合MRI常規(guī)序列圖像進行背對背對比分析。觀察項目包括，腫瘤顯示、瘤周水腫、腫瘤出血、腫瘤鈣化及腫瘤靜脈，并對上述項目進行評分，按0～3分劃分：0分，無法發(fā)現(xiàn)病變；1分，病變顯示不佳；2分，部分病變可判斷；3分，容易判斷病變。SWI圖像觀察項目的判斷標準為：①腫瘤顯示：病灶與正常組織對比度，內部信號特點；②腫瘤出血：大小不等的點狀、斑片狀低信號影，分布不均勻，大小無規(guī)律；③腫瘤鈣化：經(jīng)CT掃描證實的斑點狀、團塊狀低信號，邊緣僵直；④腫瘤靜脈：長條狀直線或彎曲走形的管狀結構，或連續(xù)層面可追蹤的低信號點。鑒于本組資料腫瘤類型和級別的不均質性，評分結果不按腫瘤類型進行區(qū)分。對同時行CE-T1WI和CE-SWI序列掃描者，根據(jù)評分結果，按照上述5個觀察項目，對CE-T1WI和CE-SWI序列做出比較，分為：CE-T1WI較好、CE-SWI較好及兩種均好。

1.4 統(tǒng)計學方法

應用SPSS 15.0統(tǒng)計學軟件包，將兩位醫(yī)師的評分結果進行析因設計的方差分析，如結果有統(tǒng)計學意義，再采用LSD多重檢驗方法進行多重比較，P＜0.05為有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 腦腫瘤的SWI表現(xiàn)

2.1.1 腫瘤顯示：本組15例腦膜瘤均為實性，13例腫瘤實質部分呈等或稍高信號(圖1～3)；2例術后復發(fā)者信號稍低，介于腦脊液與腦組織信號之間(圖4～6)。5例低級別星形細胞瘤(Ⅱ級)，除1例囊變外，均為實性，實性成分信號稍高于腦組織，囊性成分呈稍低信號(圖7～9)。15例高級別星形細胞瘤(Ⅲ、Ⅳ級)，10例為囊實性腫瘤，實質部分稍低于腦組織信號，囊性部分表現(xiàn)為類似信號，僅憑信號強度難將二者區(qū)分；5例實性病灶均表現(xiàn)為稍低號(圖10～12)。6例轉移瘤，3例為囊實性病灶，實質成分呈稍低信號，2例病灶囊性與實性成分信號相近；3例實性病灶呈稍低信號(圖13～16)。

2.1.2 瘤周水腫：8例腦膜瘤、所有高級別星形細胞瘤和轉移瘤均伴瘤周水腫，表現(xiàn)為斑片狀高信號；7例腦膜瘤及所有低級別星形細胞瘤(Ⅱ級)未見瘤周水腫。

表1 兩名醫(yī)師對41例腦腫瘤MRI各序列圖像的統(tǒng)計評分(分)

表1 兩名醫(yī)師對41例腦腫瘤MRI各序列圖像的統(tǒng)計評分(分)

掃描序列 腫瘤顯示 瘤周水腫 腫瘤出血 腫瘤鈣化 腫瘤靜脈SWI醫(yī)師1 2.00±0.500 2.07±1.292 1.05±1.284 0.46±0.925 2.76±0.435醫(yī)師2 1.95±0.590 2.00±1.225 1.02±1.255 0.51±1.003 2.68±0.471平均 1.98±0.544 2.04±1.252 1.04±1.261 0.49±0.959 2.72±0.452 CE-SWI醫(yī)師1 2.53±0.507 2.00±1.339 0.93±1.230 0.60±1.070 2.93±0.254醫(yī)師2 2.40±0.498 1.93±1.363 0.93±1.230 0.57±1.006 2.83±0.379平均 2.47±0.503 1.97±1.340 0.93±1.219 0.58±1.030 2.88±0.324 T2WI醫(yī)師1 1.83±0.587 2.15±1.276 0.54±0.840 0.20±0.511 0.73±0.593醫(yī)師2 1.66±0.530 2.12±1.269 0.44±0.776 0.17±0.442 0.49±0.553平均 1.74±0.562 2.13±1.265 0.49±0.805 0.18±0.475 0.61±0.583 T1WI醫(yī)師1 1.24±0.624 0.98±0.821 0.39±0.666 0.10±0.374 0.37±0.488醫(yī)師2 1.10±0.625 1.10±0.917 0.39±0.703 0.17±0.495 0.20±0.401平均 1.17±0.625 1.04±0.867 0.39±0.681 0.13±0.438 0.28±0.452 CE-T1WI醫(yī)師1 2.70±0.466 0.93±0.828 0.33±0.661 0.10±0.548 1.97±0.669醫(yī)師2 2.70±0.466 1.07±0.944 0.30±0.535 0.10±0.403 1.80±0.664平均 2.70±0.462 1.00±0.883 0.32±0.596 0.10±0.477 1.88±0.666

表2 兩名醫(yī)師對30例腦腫瘤CE-T1WI和CE-SWI序列圖像的評價結果(例)

2.1.3 腫瘤靜脈：所有腦膜瘤病例均顯示腫瘤邊緣靜脈，呈弧形受壓改變；13例瘤周靜脈粗細均勻，沿腫瘤表面單層排列，瘤內靜脈斷面稀少；2例術后復發(fā)者，瘤周靜脈層數(shù)增多，排列紊亂，瘤內靜脈斷面增多。5例低級別星形細胞瘤(Ⅱ級)腫瘤靜脈稀疏，呈散在點狀、線狀低信號。15例高級別星形細胞瘤(Ⅲ、Ⅳ級)腫瘤實質靜脈豐富，呈粗細不均的點狀、線狀低信號，部分扭曲呈團；與腫瘤相連的引流靜脈呈增粗、紆曲的線狀低信號。轉移瘤實質內亦可見豐富的點狀、線狀低信號靜脈影，其中2例病灶周圍血管呈弧形改變。

2.1.4 腫瘤出血與鈣化的鑒別：6例腦膜瘤病灶內部混雜斑點狀、團片狀低信號磁敏感效應，邊緣僵硬、銳利，相位圖以低信號為主，周邊環(huán)以高信號，結合CT相應部位可見形態(tài)一致的鈣化致密影；2例復發(fā)性腦膜瘤病灶內也表現(xiàn)為斑片狀低信號磁敏感效應，但邊緣欠銳利，相位圖以高信號為主，周邊環(huán)以低信號，經(jīng)病理證實為大量含鐵血黃素；5例低級別星形細胞瘤(Ⅱ級)病灶內部未見斑片狀低信號磁敏感效應；15例高級別星形細胞瘤中，6例合并出血者表現(xiàn)為斑點或斑片狀低信號磁敏感效應，相位圖以高信號為主，周邊環(huán)以低信號；6例轉移瘤，僅1例病灶表現(xiàn)為出血所致低信號磁敏感效應。2.1.5 腫瘤對比增強表現(xiàn)：對比劑增強后，除5例低級別星形細胞瘤、2例高級別星形細胞瘤及1例腦轉移瘤外，所有病例實性成分均明顯強化，腫瘤靜脈、出血代謝物、鈣化灶顯示清晰，未見強化(圖17～19)。

2.2 兩名醫(yī)師對MRI各序列評分及統(tǒng)計結果

經(jīng)統(tǒng)計學分析，在腫瘤出血、腫瘤鈣化及腫瘤靜脈顯示方面，SWI(包括CE-SWI)與T1WI(包括CE-T1WI)、T2WI評分結果差別具有統(tǒng)計學差異(P＜0.01)；在瘤周水腫顯示方面，SWI(包括CESWI)與T2WI評分結果差別無統(tǒng)計學意義；在腫瘤顯示方面，CE-SWI及CE-T1WI與其他序列評分結果的差別有統(tǒng)計學意義(P＜0.01)(表1)。

2.3 兩名醫(yī)師對CE-T1WI和CE-SWI的比較結果

在腫瘤及邊界的顯示方面，盡管CE-T1WI總體上優(yōu)于CE-SWI(P＜0.05)(表1)，但許多病例CE-SWI在該方面的顯示效果類似，甚至優(yōu)于CE-T1WI，如表2所示，醫(yī)師1認為10例，醫(yī)師2認為11例，兩者顯示效果均好；醫(yī)師1認為7例，醫(yī)師2認為5例，CE-SWI顯示效果較好。CE-SWI在顯示出血鈣化、靜脈血管、瘤周水腫及腫瘤內部結構方面的顯示效果較CE-T1WI好。

3 討論

3.1 SWI序列的圖像特點及產(chǎn)生機制

SWI序列掃描后得到的圖像包括強度圖(magnitude image)、校正的相位圖(phase image)和mIP圖(mIP image)。強度圖中的對比度主要由組織的內在參數(shù)，如質子密度和內在的T1、T2和T2*弛豫支配[1]。由于序列參數(shù)的選擇(TR短、TE足夠長及小的翻轉角)使得正?；屹|、白質和腦脊液之間的對比不明顯。然而，實際工作中，我們經(jīng)常選擇稍大的翻轉角部分抑制腦脊液信號，使之略低于腦灰白質的信號，類似T2WI FLAIR像。在這種情況下，瘤周水腫表現(xiàn)為高信號而腦脊液為低信號，有助于同時顯示瘤周水腫和腫瘤內的磁敏感效應[2]。校正相位圖中的對比度主要由局部進動頻率的差異決定，而進動頻率的差異又由不同類型組織的磁敏感性或血氧的不同水平?jīng)Q定，因此，相位圖可以清楚地顯示靜脈、鐵含量增加的深部灰質核團及出血，因為腦實質與腦脊液的進動頻率非常接近，二者在相位圖上的對比不是很明顯[3]。將相位蒙片與強度圖相乘，通過最小密度投影(minimum intensity projection, MinIP) 生成 mIP圖，可以立體地顯示靜脈血管結構，清楚的顯示腫瘤內部的新生血管或腫瘤周圍靜脈血管的位置、形態(tài)改變。總的來說，SWI中的對比類型是自旋密度、T1、T2、T2*和磁敏感效應的混合[4]。

3.2 SWI對腦腫瘤內部結構的顯示

本組15例腦膜瘤中，僅2例術后復發(fā)者表現(xiàn)為稍低信號；15例高級別星形細胞瘤中，所有實性病灶及10例囊實性病灶的實性成分表現(xiàn)為稍低信號；6例轉移瘤中，所有實性病灶及2例囊實性病灶的實性成分表現(xiàn)為稍低信號；而低級別星形細胞瘤及大多數(shù)腦膜瘤表現(xiàn)為等或稍高信號。筆者認為造成這一現(xiàn)象的主要原因可能為復發(fā)性腦膜瘤、高級別星形細胞瘤及轉移瘤惡性程度增高、細胞代謝旺盛，使得腫瘤內部血氧飽和度大大降低[5]，加之其內部常伴發(fā)血細胞滲出且有較多病理性血管微增生，因此在SWI中上述病灶顯示為稍低信號。

瘤周水腫在SWI上表現(xiàn)出類似T2WI序列樣的高信號。盡管不如T2WI序列上高，其兼具的T2*效應和水腫效應，使得SWI在沒有對比劑增強的情況下，能清晰地顯示病灶。將來，隨著設備的場強和信噪比的提高，由于組織T2*值的衰減，在同樣的TE的時間內，將會更好的顯示瘤周水腫[2]。

本研究表明，SWI對腫瘤靜脈的顯示具有獨特優(yōu)勢。Haacke[6]等指出，利用SWI可在1.5 T場強的系統(tǒng)上對幾百微米大小的靜脈成像，空間分辨率達1 mm×1 mm×1 mm，若采用3.0 T或4.0 T場強的系統(tǒng)，則更加縮短掃描時間及提高圖像空間分辨率，使得理論上識別和量化靜脈血管成為可能[7]。腫瘤惡性程度越高，生長速度越快，腫瘤內血管增生越明顯，本研究中腦膜瘤內部新生血管稀少，周圍靜脈血管呈弧形受壓改變，沿腫瘤表面單層排列且粗細均勻；低級別星形細胞瘤腫瘤靜脈稀疏、散在分布；復發(fā)性腦膜瘤、高級別星形細胞瘤及轉移瘤內部靜脈血管靜脈豐富，呈粗細不均的線狀或點狀低信號，部分扭曲呈團狀。

在顯示腫瘤出血產(chǎn)物方面，SWI優(yōu)于其他的任何序列。我們知道，GRE序列對出血代謝產(chǎn)物較SE序列敏感，而SWI引入了相位信息，較傳統(tǒng)GRE序列更敏感。此外，SWI具備的高分辨率，使之顯示腫瘤微出血更具優(yōu)勢[2]。腫瘤內部出血的原因包括病態(tài)血管的發(fā)生、血管侵襲及腫瘤生長加速和壞死[8]，惡性程度越高的腫瘤越容易合并出血，本研究中所有復發(fā)性腦膜瘤、6例高級別星形細胞瘤合并出血；所有腦膜瘤及低級別星形細胞瘤未見出血所致低信號磁敏感效應；6例轉移瘤，僅1例合并出血，可能與轉移瘤血腦屏障結構破壞不完全、血液有形成分的漏出頻率較小有關。

鈣化是一種逆磁性物質，也可引起局部磁場改變，造成SWI圖像信號減低，與出血信號難以鑒別。相位圖能反映不同磁化率組織置于磁場中導致的感應磁場變化，有助于判斷腦內物質的磁化特性[9]。西門子公司的MRI描儀為左手系統(tǒng)，校正相位圖上腫瘤鈣化以低信號成分為主，而且鈣化灶中心層面最外層表現(xiàn)為高信號；出血灶信號與之相反。此外，對于腫瘤內不規(guī)則的出血和鈣化的鑒別還需要參考病灶的形態(tài)(一般鈣化都為走行僵直的線條或條塊狀)鑒別[10]。本組中腦膜瘤與腦膜瘤術后復發(fā)者，SWI圖像病灶內部均可見斑片狀低信號磁敏感效應，通過相位圖像，可以明確腦膜瘤術后復發(fā)者病灶內低信號為出血，可能與復發(fā)者病灶惡性程度增加有關；而腦膜瘤鈣化為該類良性病變常見的病理學改變。

3.3 CE-SWI的應用價值

類似于CE-T1WI，注射對比劑后，對于血腦屏障破壞嚴重或是供血豐富的腫瘤，CE-SWI表現(xiàn)為明顯信號增強，有利于對腫瘤和腫瘤邊界的勾勒，突出顯示病灶內部出血代謝物及腫瘤靜脈。通過對CE-SWI和CE-T1WI比較發(fā)現(xiàn)，CE-SWI表現(xiàn)為低信號的靜脈結構，CE-T1WI則表現(xiàn)為高信號。筆者認為，可能與長時間的延遲導致血管內對比劑濃度明顯減低有關。腫瘤的內部結構在T1WI-CE上取決于病灶內部壞死、囊變及分隔；SWI-CE上還取決于腫瘤靜脈及出血產(chǎn)物。CE-T1WI延遲掃描時，由于腫瘤實質區(qū)及壞死區(qū)均含有對比劑，病灶整體可呈均勻強化；CE-SWI增強晚期，腫瘤壞死區(qū)強化，而腫瘤的實性成分卻呈低信號，其圖像對比優(yōu)于CE-T1WI。

總之，SWI作為一種全新的MRI序列為研究腫瘤內部詳細結構提供了一種新方法，能在顯示腫瘤的一般影像特征的基礎上同時顯示腫瘤靜脈、出血和鈣化，提供不同于常規(guī)MRI序列的腫瘤內部病理信息。此外，相位圖像有助于腫瘤出血與鈣化的鑒別。隨著SWI廣泛應用于臨床以及自身技術的不斷完善，它必將在腦腫瘤的診斷中發(fā)揮重要的作用。

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